Methods of yeast genome editing

Abstract

Yeasts are a convenient model eukaryote used for genome studies and genome editing. Saccharomyces cerevisiae is the species most widely employed in bio technology, since it is easily cultivated in bioreactors and is absolutely safe. The last decade saw a significant development of methods of yeast genetic engineer ing and the creation of novel instruments adapted from other fields, which allowed one to significantly accelerate the construction of new strains. The most prominent examples are the proteins used for directed DNA editing. For a long time, yeast genome engineer ing was based on the yeasts' system of homologous recombination. It was sufficient for several decades before the development of highthroughput methods. Many highthroughput methods were developed in the second decade of the XXI century, including those used in genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics, interactomics, etc. Modern bioinfor matic databases now allow one to rapidly process the increasing flow of information and model cellular pro cesses. As a result, the rate of analysis and prediction of targets for genome editing is currently higher than the rate of genome editing, which led to the develop ment of new methods of genetic engineering. This process was particularly pronounced for microorgan isms. Modern tasks require tens, hundreds, sometimes even thousands of genome modifications, which made researchers to look for new techniques. As a result, the instruments used for more complex objects, such as animals, plants, and cell lines, were adapted for yeasts. Modern methods for yeast genome editing allow introducing several modifications into the genome in a single step. In this study, we review the methods of directed genome editing and their applications and perspectives for yeasts.Key words: yeast; Saccharomyces cerevisiae; genetic engineering; ZFN; zinc fingers; TALENS; CRISPR/Cas; Argonaut; NgAgo.Дрожжи являются модельным эукариотическим организмом, на котором отрабатываются многие предположения о работе генома, а также методы его редактирования. Наиболее часто в исследо вательских работах используют Saccharomyces cerevisiae, которые очень хорошо приспособлены физиологически к культивированию в условиях биореактора и признаны абсолютно безопасными. В по следнее десятилетие методы генетической инженерии дрожжей претерпели значительные изменения. Появились новые инстру менты, которые пришли из смежных направлений и позволили значительно ускорить процесс получения новых штаммов. Прежде всего это белки для направленного внесения изменений в после довательность ДНК. Длительное время методы редактирования генома дрожжей базировались на использовании их собственной системы гомологичной рекомбинации. Она удобна и удовлетво ряла потребности исследователей на протяжении нескольких де сятилетий, до того времени, когда на первый план стали выходить высокопроизводительные методы. Во втором десятилетии XXI века произошло бурное развитие высокопроизводительных подходов, в первую очередь методов анализа в биологии: геномики, транс крипто...